CORSO DI LAUREA IN C.T.F.
Fisica
ed
Elementi di Calcolo Matematico e Statistico
PROGRAMMA DEL MODULO DI FISICA
(6 CFU – 48 ore di Lezione)
Anno Accademico 2010-2011
Prof. Raffaello Girlanda
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.1 (2 ORE DI LEZIONE)
Grandezze fisiche fondamentali. Campioni di lunghezza, massa e tempo. Densità e massa
atomica. Analisi dimensionale. Conversione di unità. Calcoli di ordini di grandezza. Cifre
significative. Sistemi di coordinate e sistemi di riferimento. Vettori e scalari. Operazioni tra
vettori. Componenti di un vettore e versori. (Raymond A. Serway, Cap 1).
Moto in una dimensione. Velocità media e velocità istantanea. Accelerazione media ed
accelerazione istantanea. Moto unidimensionale con accelerazione costante. Corpi in caduta
libera. (Raymond A. Serway, Cap 2).
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.2 (2 ORE DI LEZIONE)
Moto in due dimensioni. Vettori spostamento, velocità ed accelerazione. Moto in due
dimensioni con accelerazione costante. Moto circolare uniforme. Accelerazione tangenziale e
radiale nel moto curvilineo. Velocità relativa ed accelerazione relativa. (Raymond A. Serway,
Cap 3)
Le leggi del moto. Il concetto di forza. La prima legge di Newton ed i sistemi inerziali. Massa
inerziale. La seconda legge di Newton. Il peso. La terza legge di Newton. Diagrammi di corpo
libero. Corpi in equilibrio e prima legge di Newton. Attrito e forze di attrito. Seconda legge di
Newton e moto circolare uniforme. Forza centripeta. Moto circolare non uniforme. Moto in
presenza di forze ritardanti dipendenti dalla velocità. Moto in sistemi accelerati. Forze
apparenti. (Raymond A. Serway, Cap 4)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.3 (4 ORE DI LEZIONE)
Forze e campi in natura. Forze in natura. Forze di attrito. Il campo gravitazionale. Il campo
elettrico. Moto di particelle cariche in un campo elettrico uniforme. Il campo magnetico. Moto
in sistemi accelerati. (Raymond A. Serway, Cap 5)
Lavoro ed energia. Lavoro eseguito da una forza costante. Prodotto scalare tra due vettori.
Lavoro eseguito da una forza variabile. Lavoro eseguito da una molla. Legge di Hooke. Energia
cinetica e teorema dell' energia cinetica. Potenza. Potenza media. Potenza istantanea. (Raymond
A. Serway, Cap 6)
Energia potenziale e conservazione dell' energia. Energia potenziale. Forze conservative e non
conservative. Forze conservative ed energia potenziale. Diagrammi di energia e stabilità
dell' equilibrio. Quantizzazione dell' energia. (Raymond A. Serway, Cap 7)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.4 (4 ORE DI LEZIONE)
Quantità di moto ed urti. Quantità di moto e sua conservazione. Impulso e quantità di moto.
Urti. (Raymond A. Serway, Cap 8)
Moto rotazionale. Velocità angolare e accelerazione angolare. Cinematica rotazionale. Relazione
tra grandezze angolari e lineari. Energia cinetica di rotazione. Momento di inerzia. Momento
meccanico e prodotto vettoriale. Relazione tra momento delle forze ed accelerazione angolare. Il
momento angolare. Conservazione del momento angolare. Rotazione di corpi rigidi. Dinamica
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rotazionale. Lavoro ed energia nel moto rotatorio. (Raymond A. Serway, Cap 10)
Moti orbitali e atomo di idrogeno. Leggi di Keplero. La seconda legge di Keplero e la
conservazione del momento angolare. Considerazioni energetiche sul moto dei pianeti e dei
satelliti. Spettri atomici e teoria di Bohr dell' atomo di idrogeno. (Raymond A. Serway, Cap 11)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.5 (2 ORE DI LEZIONE)
Meccanica dei fluidi. Stati della materia. Densità e pressione. Variazione della pressione con la
profondità. Misure di pressione. Spinta di Archimede. Dinamica dei fluidi. Linee di corrente ed
equazione di continuità. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni. (Raymond A. Serway, Cap 15)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.6 (2 ORE DI LEZIONE)
Temperatura e teoria cinetica dei gas. Temperatura e principio zero della termodinamica. I
termometri e le scale di temperatura. Dilatazione termica di solidi e liquidi. Descrizione
macroscopica di un gas perfetto. La teoria cinetica dei gas. (Raymond A. Serway, Cap 16)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.7 (2 ORE DI LEZIONE)
Il calore ed il primo principio della termodinamica. Calore ed energia interna. Calore specifico.
Calorimetria. Calore latente e cambiamenti di fase. Lavoro e calore nelle trasformazioni
termodinamiche. Il primo principio della termodinamica. Alcune applicazioni del primo
principio della termodinamica: primo principio e trasformazioni adiabatiche, isobare, isocore,
isoterme. Espansione isoterma di un gas perfetto. Il processo di ebollizione. Propagazione del
calore. Macchine termiche, entropia ed il secondo principio della termodinamica. (Raymond A.
Serway, Cap 17)
Macchine termiche ed il secondo principio della termodinamica. Trasformazioni reversibili ed
irreversibili. La macchina di Carnot. Pompe di calore e frigoriferi. Entropia. Variazioni di
entropia nelle trasformazioni irreversibili. L' entropia su scala microscopica. Entropia e
disordine. (Raymond A. Serway, Cap 18)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.8 (6 ORE DI LEZIONE)
Forze elettriche e campi magnetici. Carica elettrica. Isolanti e conduttori. Legge di Coulomb.
Campo elettrico. Linee di forza del campo elettrico. Flusso del campo elettrico. Il teorema di
Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss a isolanti carichi. Conduttori in equilibrio
elettrostatico. Moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme. (Raymond A.
Serway, Cap 19)
Potenziale elettrico e capacità. Differenza di potenziale e potenziale elettrico. Differenza di
potenziale in un campo elettrico uniforme. Definizione di capacità. Il condensatore piano.
Collegamento di condensatori: serie, parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore.
(Raymond A. Serway, Cap 20)
Corrente e circuiti a corrente continua. La corrente elettrica. Resistenza e legge di Ohm. Energia
e potenza elettrica. Forza elettromotrice. Resistori in serie e parallelo. Leggi di Kirchhoff e
circuiti semplici in corrente continua. Circuiti RC. Carica di un condensatore. Scarica di un
condensatore. (Raymond A. Serway, Cap 21)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.9 (4 ORE DI LEZIONE)
Magnetismo. Magneti. Il campo magnetico. Forza magnetica agente su un conduttore percorso
da corrente. Momento meccanico su una spira in un campo magnetico uniforme. La legge di
Biot e Savart. Forza magnetica fra due conduttori paralleli. Teorema di Ampère. Il campo
magnetico di un solenoide. Magnetismo nella materia. Materiali ferromagnetici. (Raymond A.
Serway, Cap 22)
Tensioni indotte ed induttanza. Legge di Faraday dell' induzione. Forza elettromotrice
dinamica. Generatore di corrente alternata. Legge di Lenz. Forze elettromotrici indotte e campi
elettrici. Le equazioni di Maxwell. Autoinduttanza. Circuiti RL. Energia immagazzinata in un
campo magnetico. (Raymond A. Serway, Cap 23)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.10 (4 ORE DI LEZIONE)
Moto oscillatorio. Moto armonico semplice. Moto di una massa collegata ad una molla. Energia
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di un oscillatore armonico semplice. Moto del pendolo. Il pendolo semplice. Il pendolo fisico.
Oscillazioni smorzate. Oscillazioni forzate. (Raymond A. Serway, Cap 12)
Moto ondulatorio. Onde meccaniche Onde elettromagnetiche. Lunghezza d' onda. Frequenza.
Onde trasversali e onde longitudinali. Ampiezza di un' onda. Velocità di fase. Sovrapposizione
e interferenza di onde. La velocità delle onde nelle corde. Riflessione e trasmissione di onde.
Onde sinusoidali. Energia trasmessa da onde sinusoidali nelle corde. Onde sonore. L' effetto
Doppler. Onde d' urto. (Raymond A. Serway, Cap 13)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.11 (6 ORE DI LEZIONE)
Onde elettromagnetiche. Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche. Lo spettro delle
onde elettromagnetiche. (Raymond A. Serway, Cap 24)
Riflessione e rifrazione della luce. La natura della luce. L' approssimazione dei raggi luminosi
in ottica geometrica. Riflessione e rifrazione. Dispersione e prismi. Il principio di Huygens.
Riflessione totale. Fibre ottiche. (Raymond A. Serway, Cap 25)
Specchi e lenti. Immagini formate da specchi piani. Immagini formate da specchi sferici.
Immagini formate per rifrazione. Lenti sottili. Microscopio semplice. Microscopio composto.
Aberrazioni delle lenti. (Raymond A. Serway, Cap 26)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.12 (4 ORE DI LEZIONE)
Ottica Ondulatoria. Condizione per l' interferenza. L' esperimento della doppia fenditura di
Young. Distribuzione d' intensità della figura d' interferenza da doppia fenditura. Somma di
onde mediante i vettori rotanti. Diffrazione. Diffrazione da una fenditura singola. Risoluzione
della fenditura singola e di aperture circolari. Potere risolutivo. Microscopia specializzata. Il
reticolo di diffrazione. Diffrazione di raggi X da cristalli. Polarizzazione delle onde luminose.
Attività ottica. (Raymond A. Serway, Cap 27 e Desmond M.Burns e Simon G.G.MacDonald,
Cap 20)
UNITÀ DI APPRENDIMENTO N.13 (6 ORE DI LEZIONE)
Fisica quantistica. Radiazione di corpo nero e ipotesi di Planck. L' effetto fotoelettrico. L' effetto
Compton. Fotoni e onde elettromagnetiche. Le proprietà ondulatorie delle particelle.
Quantizzazione del momento angolare nel modello di Bohr. L' equazione di Schrödinger.
Effetto tunnel e sue applicazioni. (Raymond A. Serway, Cap 28)
Fisica atomica. Modelli dell' atomo. L' atomo di idrogeno. Il numero quantico di spin. Le
funzioni d' onda dell' idrogeno. I numeri quantici. Il principio di esclusione di Pauli e la tavola
periodica. Spettri atomici: visibile e raggi X. Transizioni atomiche. Laser e olografia. (Raymond
A. Serway, Cap 29)
Fisica nucleare. Proprietà dei nuclei: carica e massa, dimensione, stabilità del nucleo, spin
nucleare e momento magnetico, risonanza magnetica nucleare. Energia di legame: fissione e
fusione nucleare. Radioattività. I processi di decadimento: decadimento alfa, decadimento beta,
datazione al carbonio, decadimento gamma. Radioattività naturale. Reazioni nucleari.
(Raymond A. Serway, Cap 30)
Spettrometria ottica e vibrazionale. Sorgenti e rivelatori per analisi spettroscopiche. Filtri e
monocromatori. Misure di tensione superficiale. Misure di viscosità. (Giancarlo Amendola e
Virginio Terreni, Cap I, III, IV, V, VI, VII, XV, solo per gli argomenti presenti nel programma.)
Prove di verifica:
• in itinere (orale o quiz a risposta multipla)
•
finale (orale).
Testi consigliati :
Raymond A. Serway
Principi di Fisica
EdiSES s.r.l. 2004
James S. Walker
Pagina 3 di 4
Fondamenti di Fisica
Zanichelli 2005
ISBN 88-08-20536-3
Desmond M. Burns e Simon G. G. MacDonald
Fisica
Zanichelli
Giancarlo Amendola e Virginio Terreni
Analisi Chimica Strumentale e Tecnica
Tamburini Editore –Milano-1970
Steven C. Frautschi, Richard P. Olenick, Tom M. Apostol e David L.Goldstein
L'Universo Meccanico. Meccanica e calore
Zanichelli 1988
Richard P. Olenick, Tom M. Apostol e David L. Goldstein
Oltre l'Universo meccanico. Dall'elettricità alla fisica moderna.
Zanichelli 1989
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